Електрическата проводимост на диелектриците е важна физическа характеристика. Информацията за него ви позволява да идентифицирате областите на приложение на материалите.
Условия
Според проводимостта на електрическия ток веществата се разделят на групи:
- диелектрици;
- полупроводници;
- проводници.
Металите са отлични проводници на ток - тяхната електрическа проводимост достига 106-108 (Ohm m)-1.
И диелектричните материали не са в състояние да провеждат електричество, така че се използват като изолатори. Те нямат безплатни носители на заряд, различават се по диполната структура на молекулите.
Полупроводниците са твърди материали с междинни стойности на проводимост.
Класификация
Всички диелектрични материали са разделени на полярни и неполярни типове. В полярните изолатори центровете на положителните и отрицателните заряди са извън центъра. Молекулите на такива вещества са подобни по своите електрически параметри на твърд дипол, който има свой собствен диполен момент. Водата може да се използва като полярни диелектрици.амоняк, хлороводород.
Неполярните диелектрици се отличават със съвпадението на центровете на положителни и отрицателни заряди. Те са подобни по електрически характеристики на еластичен дипол. Примери за такива изолатори са водород, кислород, въглероден тетрахлорид.
Електропроводимост
Електрическата проводимост на диелектриците се обяснява с наличието на малък брой свободни електрони в техните молекули. С изместването на зарядите вътре в веществото за определен период от време се наблюдава постепенно установяване на равновесно положение, което е причина за появата на ток. Електрическата проводимост на диелектриците съществува в момента на изключване и включване на напрежението. Техническите образци на изолатори имат максимален брой безплатни заряди, следователно в тях се появяват незначителни проходни токове.
Електрическата проводимост на диелектриците в случай на постоянна стойност на напрежението се изчислява от проходния ток. Този процес включва освобождаване и неутрализиране на съществуващите заряди върху електродите. В случай на променливо напрежение, стойността на активната проводимост се влияе не само от проходния ток, но и от активните компоненти на поляризационните токове.
Електрическите свойства на диелектриците зависят от плътността на тока, съпротивлението на материала.
Твърди диелектрици
Електрическата проводимост на твърдите диелектрици е разделена на насипна и повърхностна. За да се сравнят тези параметри за различни материали, се използват стойностите на специфични за обема и специфични за повърхността.съпротивление.
Пълната проводимост е сумата от тези две стойности, нейната стойност зависи от влажността на околната среда и температурата на околната среда. В случай на продължителна работа под напрежение, има намаляване на проходния ток, преминаващ през течни и твърди изолатори.
И в случай на увеличаване на тока след определен период от време можем да говорим за това, че вътре в веществото ще настъпят необратими процеси, водещи до разрушаване (разрушаване на диелектрика).
Характеристики на газообразното състояние
Газообразните диелектрици имат незначителна електрическа проводимост, ако силата на полето приеме минимални стойности. Възникването на ток в газообразните вещества е възможно само в случаите, когато те съдържат свободни електрони или заредени йони.
Газообразните диелектрици са висококачествени изолатори, поради което се използват в съвременната електроника в големи обеми. Йонизацията в такива вещества се причинява от външни фактори.
Поради сблъсъците на газови йони, както и при термично, ултравиолетово или рентгеново облъчване, се наблюдава и процесът на образуване на неутрални молекули (рекомбинация). Благодарение на този процес увеличаването на броя на йоните в газа е ограничено, определена концентрация на заредени частици се установява за кратък период от време след излагане на външен йонизационен източник.
В процеса на увеличаване на напрежението, приложено към газа, движението на йони към електродите се увеличава. Те не саимат време да се рекомбинират, така че се разреждат на електродите. При последващо увеличаване на напрежението токът не се увеличава, той се нарича ток на насищане.
Като се имат предвид неполярните диелектрици, ние отбелязваме, че въздухът е перфектен изолатор.
Течни диелектрици
Електрическата проводимост на течните диелектрици се обяснява с особеностите на структурата на течните молекули. Неполярните разтворители съдържат дисоциирани примеси, включително влага. В полярните молекули проводимостта на електрическия ток се обяснява и с процеса на разпадане на йони на самата течност.
В това състояние на агрегация токът също се причинява от движението на колоидни частици. Поради невъзможността за пълно отстраняване на примесите от такъв диелектрик възникват проблеми при получаването на течности с ниска проводимост на тока.
Всички видове изолация включват търсене на опции за намаляване на специфичната проводимост на диелектриците. Например, примесите се отстраняват, температурният индикатор се регулира. Повишаването на температурата води до намаляване на вискозитета, увеличаване на подвижността на йоните и повишаване на степента на термична дисоциация. Тези фактори влияят върху проводимостта на диелектричните материали.
Електропроводимост на твърди тела
Това се обяснява с движението не само на йоните на самия изолатор, но и на заредените частици от примеси, съдържащи се вътре в твърдия материал. При преминаването му през твърдия изолатор настъпва частично отстраняване на примесите, което постепенновлияе на проводимостта. Като се вземат предвид структурните особености на кристалната решетка, движението на заредените частици се дължи на флуктуации в топлинното движение.
При ниски температури се движат положителни и отрицателни примесни йони. Такива видове изолация са типични за вещества с молекулярна и атомна кристална структура.
За анизотропните кристали стойността на специфичната проводимост варира в зависимост от осите му. Например, в кварца в посока, успоредна на главната ос, тя превишава перпендикулярната позиция с 1000 пъти.
В твърди порести диелектрици, където практически няма влага, леко увеличение на електрическото съпротивление води до увеличаване на тяхното електрическо съпротивление. Веществата, съдържащи водоразтворими примеси, показват значително намаляване на обемната устойчивост поради промени във влажността.
Поляризация на диелектриците
Това явление е свързано с промяна в позицията на частиците на изолатора в пространството, което води до придобиване на някакъв електрически (индуциран) момент от всеки макроскопичен обем на диелектрика.
Има поляризация, която възниква под въздействието на външно поле. Те също така различават спонтанна версия на поляризация, която се появява дори при липса на външно поле.
Относителната проницаемост се характеризира с:
- капацитивност на кондензатор с този диелектрик;
- нейната величина във вакуум.
Този процес е придружен от появата наповърхността на диелектрика на свързаните заряди, които намаляват количеството напрежение вътре в веществото.
В случай на пълно отсъствие на външно поле, отделен елемент от диелектричния обем няма електрически момент, тъй като сумата от всички заряди е нула и има съвпадение на отрицателни и положителни заряди в пространство.
Опции за поляризация
По време на поляризация на електрон се получава изместване под въздействието на външно поле на електронните обвивки на атома. При йонния вариант се наблюдава изместване на местата на решетката. Диполната поляризация се характеризира със загуби за преодоляване на вътрешните сили на триене и свързване. Структурната версия на поляризацията се счита за най-бавния процес, характеризира се с ориентацията на нехомогенни макроскопични примеси.
Заключение
Електроизолационните материали са вещества, които ви позволяват да получите надеждна изолация на някои компоненти на електрическото оборудване при определени електрически потенциали. В сравнение с токови проводници, много изолатори имат значително по-високо електрическо съпротивление. Те са в състояние да създават силни електрически полета и да натрупват допълнителна енергия. Именно това свойство на изолаторите се използва в съвременните кондензатори.
В зависимост от химичния състав те се делят на естествени и синтетични материали. Втората група е най-многобройната, затова именно тези изолатори се използват в различни електрически уреди.
В зависимост от технологичните характеристики, структура, състав, филм, керамика, восък, минерални изолатори се изолират.
При достигане на пробивното напрежение се наблюдава пробив, което води до рязко увеличаване на големината на електрическия ток. Сред характерните черти на такова явление може да се открои лека зависимост на якостта от напрежението и температурата, дебелината.
